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2017 年度 実績報告書

新規重元素系シンチレータの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17J09488
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

中内 大介  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
キーワードシンチレータ / 放射線 / 結晶成長 / 単結晶
研究実績の概要

本研究ではFloating Zone法を用いて、これまであまり着目されていなかったHf、Ta、Wなどの重元素を構成元素とする酸化物の単結晶育成を行い、新たな重元素系シンチレータを開発することを目的とする。まず、単純酸化物であるTa2O5の単結晶育成を試みたところ、無色透明の単結晶の合成に成功したため、発光中心として希土類元素を微量添加したサンプルも併せて合成を行った。無添加品は420 nm付近に微弱なブロードな発光、Eu添加品は600 nm付近に強いシャープな発光が観測された。しかし、いずれの希土類添加品においてもガンマ線計測に有効な5d-4f遷移由来の発光は観測されず、本材料では発光中心元素による賦活があまり効果的でないことが示唆される。次にHfO2の単結晶育成を行ったところ、単結晶体ではなく不透明多結晶体が得られた。これはHfO2が温度変化とともに高温域 (>2600度) で安定な立方晶から低温域 (<1700度) で安定な単斜晶へと相転移するためであると考えられる。結晶構造の安定化のためYを10%および100%添加した単結晶サンプルを合成したところ、10%添加品は無色半透明、100%添加品は無色透明な単結晶が得られた。得られたサンプルに対してX線を照射したところ、いずれも500 nm付近にブロードなシンチレーション光を示した。この材料系における単結晶の報告例はなく、非常に新規性の高い結果であると言える。これは大気中および還元雰囲気下における熱処理後の挙動から、酸素欠陥に起因すると考えられる。また、定量値としてシンチレーション発光量を求めるため、137Csガンマ線のパルス波高スペクトル測定を行ったところ、光電吸収由来と考えられるシグナルは観測されたものの、散乱の影響と考えられる低いエネルギー分解能のため、明瞭な光電吸収ピークは得られなかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

提案した母材と発光中心の適当な組合せについて、一次評価として十分な知見が得られた。また、結晶育成法についてもノウハウが確立されつつあり、材料系を工夫することで高品質な単結晶サンプルが得ることができた。

今後の研究の推進方策

今年度開発した材料については目覚ましい性能は得られなかったが、本材料の着手にあたって導入した新たな結晶育成法については確立しつつある。Taについては単純酸化物では有意な結果が得られなかったため、三元系酸化物を中心に検討を進めていく。Hfについては希土類元素とHfO2の複合酸化物の単結晶育成を行うと共に、母材発光を促進するような活性剤の検討を行っていく。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 学会発表 (10件) (うち国際学会 9件)

  • [学会発表] ハフニウム酸希土類単結晶シンチレータの開発2018

    • 著者名/発表者名
      中内大介, 岡田豪, 河口範明, 柳田健之
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Luminescent and Scintillation Properties of Ce-doped Tb3GaxAl5-xO12 Single Crystals2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, G. Okada, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      EM-NANO
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiation induced luminescence properties of Eu-doped SrO-Al2O3 single crystals2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, G. Okada, M. Koshimizu, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Radiation Effects in Insulators
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical and radiation-induced luminescence properties of Sn-doped magnesium aluminoborate glasses2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, Y. Fujimoto, G. Okada, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Borate Glasses, Crystals and Melts
    • 国際学会
  • [学会発表] Photo-, Radio- and Thermoluminescence Characterizations in Rare-Earth-Doped SrAl2O4 Crystals2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, G. Okada, M. Koshimizu, N. Kawano, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      STAC-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiation-induced luminescence properties of Pr:CaSiO3 crystals2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, G. Okada, M. Koshimizu, N. Kawano, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      IEEE NSS MIC 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Luminescent and scintillation properties of Al-rich Ce:Tb3Al5O12 crystals2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchii, G. Okada, N. Kawano, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      IEEE NSS MIC 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Scintillation and dosimetric properties in Eu:(Ba,Sr)Al2O4 crystals2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchii, G. Okada, N. Kawano, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      IEEE NSS MIC 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Ba-substitution on Eu-doped SrAl2O4 bulk crystalline scintillators2017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, G. Okada, N. Kawano, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      PRE2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Luminescent and scintillation properties of Eu-doped Ba2SiO42017

    • 著者名/発表者名
      D. Nakauchi, G. Okada, N. Kawano, N. Kawaguchi, T. Yanagida
    • 学会等名
      PRE2017
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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